新技术可能开启原子级半导体器件时代
北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一种新技术，可以在原子尺度上制造高质量的半导体薄膜——这意味着薄膜只有一个原子厚。该技术可用于大规模制造这些薄膜，足以覆盖两英寸宽或更宽的晶圆。
“这可以用来将目前的半导体技术缩小到原子规模——激光、发光二极管(led)、计算机芯片，任何东西，”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授曹林友博士说，他是一篇有关这项工作的论文的资深作者。“人们已经讨论这个概念很长时间了，但它是不可能的。有了这个发现，我认为这是可能的。”
研究人员使用了硫化钼(MoS2)，这是一种廉价的半导体材料，具有与半导体工业中已经使用的材料相似的电子和光学特性。然而，MoS2不同于其他半导体材料，因为它可以在只有一个原子厚度的层中“生长”，而不影响其性能。
在这项新技术中，研究人员将硫和氯化钼粉末放入熔炉中，逐渐提高温度至850摄氏度，使粉末蒸发。这两种物质在高温下反应生成MoS2。当温度仍然很高时，蒸汽就会在基片上形成一层薄薄的薄膜。
曹说:“我们成功的关键是发展了一种新的增长机制，一种自我限制的增长。”通过控制炉内的分压和蒸汽压，可以精确地控制MoS2层的厚度。分压是悬浮在空气中的原子或分子凝结成固体并落在基片上的趋势。蒸汽压是指衬底上的固体原子或分子汽化并上升到空气中的趋势。
为了在基板上形成一层MoS2，分压必须高于蒸气压。分压越高，沉淀到底部的MoS2层就越多。如果分压高于蒸汽压层单原子层的底物,但不高于两层的蒸汽压,之间的平衡分压和蒸汽压可以确保自动停止一旦形成单层薄膜的增长。曹称这种增长为“自我限制”。
分压是通过调节炉内氯化钼的量来控制的——炉内钼越多，分压越高。
曹说:“利用这项技术，我们每次都可以制作出一个原子厚度的晶圆级MoS2单层薄膜。”“我们还可以制造出两层、三层或四层原子厚的层。”
曹文轩的团队现在正试图找到制造类似薄膜的方法，在这种薄膜中，每个原子层都由不同的材料制成。曹文轩还在利用该技术制造场效应晶体管和led。曹文轩已经为这项新技术申请了专利。
纸”,均匀、高质量单层和少层MoS2薄膜的可控可扩展合成，于5月21日在网上发表科学报告，自然出版集团的期刊。论文主要作者是北卡罗来纳州立大学博士生于逸飞。共同作者是李春博士，前北卡州立大学博士后研究员;北卡罗来纳州立大学(NC State)实验室经理刘毅(音);北卡罗来纳大学夏洛特分校的苏丽琴博士和张勇博士。这项研究是由美国陆军研究办公室资助的。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
作者: Yu Yifei, Chun Li, Yi Liu, Linyou Cao, North Carolina State University;北卡罗来纳大学夏洛特分校(University of North Carolina at Charlotte)的苏丽琴(Liqin Su)和张勇(Yong Zhang)说
发表: 5月21日科学报告
DOI: 10.1038 / srep01866
文摘:带有单原子层的二维材料代表了在垂直方向上对材料尺寸的最终控制。硫化钼(MoS2)单分子膜，直接带隙为1.8 eV，提供了将半导体科学和技术缩小到真正原子规模的前所未有的前景。最近的研究确实证明了二维MoS2在场效应晶体管、低功率开关、光电子和自旋电子学等领域的前景。然而，由于缺乏大面积、均匀和高质量的MoS2单分子层的能力，2D MoS2器件的开发被推迟了。在这里，我们提出了一种自限制的方法，可以在厘米的面积上以前所未有的均匀性和可控性生长高质量的单层和少层MoS2薄膜。这种方法与半导体行业的标准制造工艺相兼容。它为二维MoS2器件的发展铺平了道路，为基础研究开辟了新的途径。
- 类别:
